식역
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1. 개요
식역은 감각 심리학에서 자극을 감지하거나 구별하는 데 필요한 최소 강도를 의미한다. 에른스트 하인리히 베버와 구스타프 페히너는 감각 역치에 대한 초기 연구를 수행했으며, 베버는 절대 역치와 차이 역치의 개념을 정립하고, 페히너는 자극 강도와 지각된 강도의 관계를 연구하여 데시벨 척도 개발에 기여했다. 감각 역치는 한계 방법, 일정 자극 방법, 적응형 방법 등 다양한 방법으로 측정되며, 측정 시 잡음과 개인의 심리적, 생리적 요인을 고려해야 한다. 항공 분야에서는 비행 시뮬레이터의 모션 플랫폼에서 가속 시작 신호 기술에 활용되어 조종사의 감각 역치를 활용한다.
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| 식역 | |
|---|---|
| 감각 역치 | |
| 정의 | 감지할 수 있는 가장 약한 자극을 정의하는 제한 |
| 관련 학문 | 감각, 인지 |
2. 역사적 배경
라이프치히 대학교의 생리학자이자 실험 심리학의 선구자인 에른스트 하인리히 베버는 최초로 체계적인 감각 역치 연구를 수행했다.[3] 베버의 연구 이후, 구스타프 페히너는 심리물리학의 선구자로서 자극의 물리적 강도와 심리적으로 지각되는 강도 사이의 관계를 연구했다.[4]
2. 1. 초기 연구 (에른스트 하인리히 베버)
최초의 체계적인 감각 역치 연구는 라이프치히 대학교의 생리학자이자 실험 심리학의 선구자인 에른스트 하인리히 베버에 의해 수행되었다.[3] 그의 실험은 절대 역치와 차이 역치(차별 역치)를 결정하기 위한 것이었다. 베버는 절대 역치와 차이 역치를 통계적으로 정의할 수 있었고, 이는 베버의 법칙과 자극의 역치 인식을 설명하는 최소가지차의 개념을 확립하는 데 기여했다.2. 2. 심리물리학의 발전 (구스타프 페히너)
에른스트 하인리히 베버는 라이프치히 대학교의 생리학자이자 실험 심리학의 선구자로, 최초로 체계적인 감각 역치 연구를 수행했다.[3] 베버의 연구 이후, 구스타프 페히너는 심리물리학의 선구자로서 자극의 물리적 강도와 심리적으로 지각되는 강도 사이의 관계를 연구했다.[4] 페히너는 소리 파동의 측정된 강도와 지각되는 음량을 비교하여, 자극의 강도가 자극 강도의 로그에 비례하여 변화한다고 결론 내렸다. 그의 연구 결과는 데시벨 척도 생성으로 이어졌다.[3]3. 감각 역치 측정 및 검사
감각 역치를 정의하고 측정하려면 지각 관찰이 절대 역치로 이어지도록 감도 제한을 설정해야 한다. 감도 수준은 일반적으로 역치 제한을 결정할 때 일정하다고 가정한다. 감각 역치를 결정하는 데 사용되는 세 가지 일반적인 방법에는 한계 방법, 일정 자극 방법, 적응형 방법이 있다.[2]
측정의 가변성 때문에 보편적인 절대 역치를 표준으로 정의하기는 어렵다.[7] 감각은 신체적 신경에서 발생하지만, 나이[8]나 신경 손상 등이 감각에 영향을 미칠 수 있으며, 정신 상태, 기억,[9] 정신 질환,[10] 피로 등의 심리적 요인도 지각에 영향을 줄 수 있다.
3. 1. 한계 방법
피험자는 강하고 쉽게 감지할 수 있는 자극을 받아 단계적으로 감소(내림차순 시퀀스)하여 자극을 감지할 수 없을 때까지 진행한다. 그런 다음 오름차순 시퀀스라고 하는 또 다른 자극 시퀀스가 적용된다. 이 시퀀스에서 자극 강도는 역치 미만에서 쉽게 감지할 수 있는 수준으로 증가한다. 두 시퀀스는 여러 번 반복된다. 이를 통해 여러 순간 역치 값을 얻을 수 있다. 다음 단계에서 오름차순 및 내림차순 시퀀스에 대해 평균값을 별도로 계산한다. 평균값은 내림차순 시퀀스에서 더 낮다. 청력 검사의 경우 오름차순 대 내림차순 시퀀스의 평균 차이는 진단적으로 중요하다. 마지막 단계에서 이전에 계산된 평균의 평균은 절대 역치가 된다.[2]3. 2. 일정 자극 방법
일정 자극 방법에서는 다양한 강도의 자극을 무작위 순서로 피험자에게 제시한다. 강도에는 확실히 역치 미만인 자극과 확실히 역치 이상인 자극이 포함된다. 일련의 자극을 생성하기 위해 더 간단한 방법(예: 한계 방법)으로 판단된 대략적인 역치가 사용된다. 무작위 시퀀스가 피험자에게 여러 번 제시된다. 제시의 절반 이상에서 감지되는 자극의 강도가 역치로 간주된다.[2]3. 3. 적응형 방법
자극은 확실히 역치 이상의 자극으로 시작하여 이전에 정의된 단계에서 감소된 강도로 추가 자극이 제공된다. 자극 강도가 역치 미만이 되면 시퀀스가 중지된다(이것을 반전 현상이라고 한다). 그런 다음 단계가 절반으로 줄어들고 자극이 반복되지만, 이제는 강도가 증가하여 피험자가 소리를 다시 감지할 때까지 진행된다. 이 과정은 단계 크기가 미리 설정된 최소값에 도달할 때까지 여러 번 반복된다. 이 방법을 사용하면 역치 값을 매우 정확하게 파악할 수 있다. 단계의 초기 크기는 예상되는 정확도에 따라 선택할 수 있다.[2]3. 4. 측정 시 고려 사항: 잡음
신호 잡음은 관심 있는 정보를 모호하게 만드는, 관찰 시스템에 추가적이고 원치 않는 에너지가 존재하는 것으로 정의된다. 측정이 절대 역치에 가까워질수록 잡음의 가변성이 증가하여 역치가 모호해진다.[5] 내부 및 외부 잡음의 다른 유형에는 과도한 자극, 신경계의 과도 또는 과소 자극,[6] 외부 자극이 없는 상태에서 신경을 잘못 자극하는 조건이 포함된다.4. 항공 분야에서의 활용
항공 분야에서 식역은 6자유도(6-DoF)에서 발생하는 운동 감각과 관련되며, 이는 항공기에 계기 비행 장치가 필요한 이유이다. 조종사 감각 역치 이하의 항공기 움직임은 오차를 유발하여 통제력 상실로 이어질 수 있다.[1]
4. 1. 비행 시뮬레이터에서의 활용
운동과 관련된 감각 역치는 6자유도(6-DoF)에서 발생하며, 이는 항공기에 계기 비행 장치가 필수적인 이유이다. 구름 속에서 지속적인 비행은 감각에만 의존하여 불가능하다. 조종사의 감각 역치 이하에서 항공기 움직임으로 인해 오차가 축적되어 결국에는 통제력을 상실하게 된다.[1]모션 플랫폼이 있는 비행 시뮬레이터에서, 감각 역치는 가속 시작 신호라고 알려진 기술에 활용된다. 이는 시뮬레이터 승무원이 감지하는 초기 가속을 만든 후, 모션 플랫폼이 감각 역치 이하의 속도로 움직여 대략 중립 위치로 재설정되고 시뮬레이터 컴퓨터가 요구하는 다음 가속에 대응할 준비가 되는 방식이다.[1]
참조
[1]
서적
Biology of Sensory Systems
https://books.google[...]
John Wiley & Sons
2008-11-20
[2]
웹사이트
Determination of sensory thresholds
http://ttktamop.elte[...]
2016-12-02
[3]
웹사이트
Sensation: Thresholds and Psychophysics
http://users.ipfw.ed[...]
2016-12-02
[4]
논문
Is There a Sensory Threshold?
1961-07-21
[5]
논문
Visual sensitivity
[6]
웹사이트
Sensory Processing - Introduction to Concepts
http://classes.kumc.[...]
2016-12-02
[7]
논문
The psychophysics of absolute threshold and signal duration: A probabilistic approach
http://repository.es[...]
[8]
논문
The effects of age on sensory thresholds and temporal gap detection in hearing, vision, and touch
[9]
논문
Towards a visual recognition threshold: New instrument shows humans identify animals with only 1 ms of visual exposure
[10]
논문
Pain perception threshold in major depression
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